El término energía potencial fue introducido por el ingeniero y físico escocés del siglo XIX William Rankine. Existen varios tipos de energía potencial, cada uno asociado a un tipo distinto de fuerza. Es la energía que se obtiene por la posición de un objeto en relación con otros objetos.
En este artículo, vamos a aprender qué es la energía potencial, la definición de energía potencial junto con varios ejemplos y tipos.
Te Puede Interesar: Energía Potencial de un Resorte Diferencia entre Energía Cinética y Potencial¿Qué es la energía potencial?
Como sabemos, un objeto puede almacenar energía debido a su posición. En el caso de un arco y una flecha, cuando el arco está tensado, almacena cierta cantidad de energía, que es responsable de la energía cinética que gana cuando se suelta.
De manera similar, en el caso de un resorte, cuando se desplaza de su posición de equilibrio, gana cierta cantidad de energía que observamos en forma de tensión que sentimos en nuestras manos al estirarlo. Podemos definir la energía potencial como una forma de energía que resulta de la alteración de su posición o estado.
Después de comprender la energía potencial y su definición, aprendamos la fórmula, la unidad y los ejemplos de energía potencial.
Fórmula de energía potencial
La fórmula de la energía potencial depende de la fuerza que actúa sobre los dos objetos. Para la fuerza gravitacional, la fórmula es:
W = m×g×h = mgh
Donde,
- m es la masa en kilogramos
- g es la aceleración debida a la gravedad
- h es la altura en metros
Unidad de energía potencial
La energía potencial gravitatoria tiene las mismas unidades que la energía cinética: kg m2 / s2
Nota: Toda la energía tiene las mismas unidades: kg m2 / s2, y se mide utilizando la unidad Joule (J).
Tipos de energía potencial
La energía potencial es una de las dos formas principales de energía. Existen dos tipos principales de energía potencial:
- Energía potencial gravitacional.
- Energía potencial elástica.
Energía potencial gravitatoria
La energía potencial gravitatoria de un objeto se define como la energía que posee un objeto que se eleva a una determinada altura en contra de la gravedad. Formularemos la energía gravitatoria con el siguiente ejemplo.
- Consideremos un objeto de masa = m.
- Colocado a una altura h desde el suelo, como se muestra en la figura.
Como sabemos, la fuerza necesaria para levantar el objeto es igual a m×g, es decir, el peso del objeto.
A medida que el objeto se eleva contra la fuerza de la gravedad, se realiza una cierta cantidad de trabajo (W) sobre él.
Trabajo realizado sobre el objeto = fuerza × desplazamiento.
Por lo tanto,
W = m×g×h = mgh
Según la ley de conservación de la energía, dado que el trabajo realizado sobre el objeto es igual a m×g×h, la energía ganada por el objeto = m×g×h, que en este caso es la energía potencial E.
E de un objeto elevado a una altura h sobre el suelo = m×g×h
Es importante tener en cuenta que la energía gravitatoria no depende de la distancia recorrida por el objeto, sino del desplazamiento, es decir, de la diferencia entre la altura inicial y la altura final del objeto. Por lo tanto, no se considera el camino que ha recorrido el objeto hasta alcanzar la altura. En el ejemplo que se muestra arriba, la energía potencial gravitatoria de los bloques A y B será la misma.
Energía potencial elástica
La energía potencial elástica se almacena en objetos que se pueden comprimir o estirar, como las bandas elásticas, los trampolines y las cuerdas elásticas. Cuanto más se pueda estirar un objeto, más elástica será su energía potencial. Muchos objetos están diseñados específicamente para almacenar energía potencial elástica, como los siguientes:
- Una banda elástica enrollada que impulsa un avión de juguete
- El arco tensado de un arquero
- La tabla de buceo doblada justo antes de que un buceador se sumerja
- El resorte helicoidal de un reloj de cuerda
Un objeto que almacena energía potencial elástica normalmente tendrá un límite elástico alto. Sin embargo, todos los objetos elásticos tienen un umbral para la carga que pueden soportar. Cuando se deforma más allá del límite elástico, el objeto ya no volverá a su forma original.
La energía potencial elástica se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
U = 1/2 (kx2)
Dónde,
- U es la energía potencial elástica
- k es la constante de fuerza del resorte
- x es la longitud de estiramiento de la cuerda en m
Ejemplos de energía potencial
Los ejemplos de energía potencial incluyen:
- Las piedras que se encuentran en el borde de un acantilado poseen energía potencial. Si las piedras caen, esta energía potencial se convertirá en energía cinética.
- Las ramas de los árboles en lo alto del árbol tienen energía potencial porque pueden caer al suelo.
- Los alimentos que ingerimos tienen energía potencial química. Nuestro cuerpo digiere esta energía potencial y proporciona la energía necesaria para las funciones corporales.
- La energía potencial química de un petardo se libera cuando se enciende la mecha del mismo.
Preguntas Frecuentes
El término energía potencial fue utilizado por primera vez por un ingeniero y físico escocés llamado William Rankine durante el siglo XIX. El concepto de energía potencial se remonta a Aristóteles.
Objetos como las bandas elásticas, los trampolines y las cuerdas elásticas tienen energía potencial elástica.
La cantidad de energía potencial gravitatoria que tiene un objeto depende de su altura sobre el suelo y de su masa. Cuanto más pesado sea un objeto y cuanto más alto se encuentre sobre el suelo, más energía potencial gravitatoria tendrá.
Los diferentes tipos de energía potencial son: Energía potencial gravitatoria, Energía potencial elástica, Energía potencial química, Energía potencial eléctrica y Energía potencial nuclear
La relación entre la energía potencial y la cinética es que pueden transformarse entre sí. Esto se puede explicar considerando el agua almacenada en un tanque. Cuando el grifo del tanque está cerrado, el agua del tanque posee energía potencial. Si el grifo del tanque está abierto, el agua poseerá energía cinética.